民國115年 高考三級 地質 水文與工程地質學
第1題
山坡地開發經常利用全孔開篩水位觀測井與立管式水壓計，以了解並監 測坡地水文地質特性。請回答下列問題： 工程實務上，常將包含崩積層與具節理之岩層全孔開篩水位觀測井…
題目
山坡地開發經常利用全孔開篩水位觀測井與立管式水壓計，以了解並監 測坡地水文地質特性。請回答下列問題： 工程實務上，常將包含崩積層與具節理之岩層全孔開篩水位觀測井內 量測所得水位，當成邊坡之地下水位，請評論這個假設的適用情況與 合理性。（5 分） 於邊坡特定深度、上下利用蒙托土封層的立管式水壓計管內量測所得 水位，其代表之意義為何？（5 分） 若擬利用設置於邊坡之全孔開篩水位觀測井與立管式水壓計觀測資 料，進行降雨—水位、水壓動態反應評估，需注意延遲效應。請問發 生此一延遲效應主要原因為何？（5 分） 如何利用全孔開篩水位觀測井與立管式水壓計觀測資料，獲得邊坡穩 定有效應力分析所需孔隙水壓，以及建議做法所需之假設？（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、全孔開篩井之篩管貫穿崩積層與節理岩層，井內水位是各含水層水頭依導水係數（transmissivity, T）加權後的混合水位，屬於井孔尺度的平均水頭，並非某一深度之真實孔隙水壓。當地層滲透性均勻、無明顯分層水頭差、井內已達穩定，且地下水面近似自由水面（unconfined）時，該水位可合理代表邊坡地下水位；但若存在承壓含水層、高低滲透層互層、降雨造成暫態垂直流，或井管形成垂直排水通道（cross-connection），混合水位便可能高估或低估滑動面水壓，此時此假設不成立。
- 二、立管式水壓計在濾水管上下以蒙托土（bentonite）封層，阻絕管外串流，管內水位只反映該濾水段深度之壓力水頭（piezometric head）。換算孔隙水壓 u = γw(h − z)，其中 h 為管內水位高程、z 為量測點高程、γw 為水之單位重。其意義為該深度、該地層之局部孔隙水壓，可據以計算有效應力，並非整體邊坡之地下水位面；封層品質與濾料滲透性決定其代表性。
- 三、延遲效應主要源自量測系統與地層之水力阻抗。立管截面積大，管內水量改變須經濾水管與濾料進出，當濾料或地層滲透性低、濾水管阻塞時，管內水位追不上外界水壓變化，遂產生時間落後（time lag）與振幅衰減；全孔井則有井儲存效應（wellbore storage）與層間流量交換。此外，降雨入滲經不飽和帶、毛細帶傳遞亦具延遲。實務上可以 Hvorslev 法估算 t95，確認反應時間短於事件時間尺度。
- 四、先由各深度水壓計求得 h(z)，繪製水頭—深度剖面，據 u = γw(h − z) 得孔隙水壓剖面；滑動面位於兩水壓計之間時，依同一地層內水頭線性內插。總應力 σ 由土層厚度與單位重計算（可假設飽和單位重 γsat），有效應力 σ' = σ − u。全孔井水位可作上下界之參考。另以暴雨前後觀測建立最大水壓包絡線，取為設計值，並以水壓計資料率定滲流模式，取得各網格水壓。
- 五、建議做法與假設如下：一、假設無顯著垂直滲流，同一地層內呈靜水壓或線性水力梯度分布；二、假設毛細區與非飽和帶影響可忽略、地層均質；三、以多層水壓計並確實封層取代單一全孔井，並於降雨事件加密觀測；四、以反應時間 t95 校正延遲，確認其小於事件時間尺度；五、採穩態或暫態滲流分析搭配現地水壓率定，並對水壓參數作敏感度分析，據以決定邊坡穩定分析之設計水壓。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。